BMC型吊车液压系统升级改造

王 飞，马军涛

（中海油田服务股份有限公司，河北廊坊 065201）

甲板吊车作为海洋石油钻井平台上一个不可或缺的辅助设备，其安全及稳定运转与否直接决定着平台的生产进度和人员、设备安全，而其刹车系统作为核心部件，为吊车的安全操作和运行提供无可替代的安全保障，完善的刹车系统设计将会延长设备的使用寿命、减少设备维修率、避免出现设备损伤、人员伤亡等重大安全事故。

1 吊车液压系统介绍及存在问题

1.1 液压系统介绍

BMC 型吊车是以柴油机为原动机驱动的电控液形式的液压吊车，主要由液压泵、控制阀组、液压马达、油箱、油冷器以及其他系统附件组成。主液压泵为定向变量泵，旋转、主臂、大钩及副钩均为双向液压马达，旋转、起放以及速度控制均由手柄式电磁比例阀来实现，刹车制动系统分别由液压动态刹车（counterbalance valve）静态刹车（hydraulic disc brake），以及主臂滚筒止动棘轮组成。系统主压力为210bar，刹车打开压力22bar，棘爪液缸动作压力10bar，动态刹车（反平衡阀）开启压力50bar。以扒杆（变幅）为例来阐述其工作原理，图1 为吊车扒杆滚筒液压系统。

图1 扒杆滚筒液压图

如图2所示，系统工作原理为：当吊车司机操作扒杆控制手柄，电信号经过放大器后传给电液比例阀换向阀21，阀杆左位或右位动作。

图2 扒杆操作控制手柄

当左位为工作位时（吊车扒杆上升），图1中的A 为进油孔，液压马达右侧进油，同时两个梭阀34D打开，使压力油经过顺序阀34C 进行一定时间延迟，碟刹系统缓慢进油，从而完全打开刹车，马达驱动滚筒转动，实现扒杆的上升功能，该顺序阀避免了被吊物在液压马达驱动力矩充分形成前可能会出现的溜滑现象。操作手柄回到中位时，换向阀21阀芯回中位，系统进回油路分别泄压回油箱，由于液压回路中设有两个反平衡阀，从而实现动态液力刹车功能，碟刹机构在弹簧作用下使液压油泄压回油箱从而保持刹车力矩，此时扒杆处于静止状态。滚筒棘爪在弹簧力的作用下始终处于关闭状态，防止意外下滑现象的发生。

当比例换向阀21 右位为工作位时，图1 中的B为进油孔，液压马达左侧进油，滚筒止动棘爪打开，马达回油路中的两个反平衡阀（动态刹车）在进油压力上升到设定值50bar 时开启，由于碟刹机构在顺序阀的作用下延时释放，因此有一缓慢的动摩擦过程，马达驱动扒杆滚筒开始转动，此时扒杆下降动作完成。当操作手柄回中位，扒杆停止下降，滚筒棘爪关闭，扒杆静止。

1.2 存在问题

（1）由上述系统工作原理及液压原理图可知，滚筒液压碟刹的刹车与释放是通过顺序阀34C 的两位动作来实现的。操作手柄动作，主油路进油，从而开启两个梭阀，顺序阀动作，接通刹车释放压力油；当操作手柄回中位时，进回油路后回油箱泄压，顺序阀阀芯在弹簧力的作用下，如图1所示回下位，切断刹车释放压力油，碟刹机构泄压回油只能经顺序阀34C 下位T 孔回油箱。顺序阀和梭阀阀芯的卡滞、泄漏、损坏等可能情况导致的碟刹回油不畅将直接影响滚筒碟刹能否正常工作，从而造成碟刹片的非正常磨损，对吊车的操作使用具有极大的安全隐患，进而可能造成重大的财产损失、人员伤亡等事故。

（2）扒杆滚筒止动棘爪是一个典型的棘轮棘爪机构，是防止因滚筒碟刹故障和液压系统内部泄漏引起的扒杆下滑坠落的安全装置。由图1可知，只有马达右侧为进油腔时即操作手柄使扒杆下降时，棘爪单作用于液缸才能进油，并使棘爪打开；当操作手柄回中位，液压回路泄压回油箱，棘爪液缸在弹簧力作用下回位，实现滚筒锁止功能。而当操作手柄使扒杆上升时，马达左侧油腔泄压回油箱，无法使棘爪液缸动作以打开棘爪，虽然棘轮棘爪机构的单向止动特点不影响扒杆上升动作的实现，但不可避免地造成了棘轮棘爪的过早磨损变形，极大降低了吊车操作的安全系数。

（3）海上钻井平台远离岸基支持，受海洋气候及海水等影响，工作环境较为恶劣，甲板吊车位于室外，为露天环境，而BMC 型甲板吊车液压系统为开式循环液压系统，其开式液压系统油箱外置，并采用一般过滤式呼吸口和回油滤器，故不可避免地会存在液压油的污染现象，增加液压控制阀路异常卡滞故障频率，以及增加换油频率，致使维保频次增加，从而加大了设备维护成本和维护工作量，也不可避免地会对平台的运营生产造成一定影响。

2 改进措施

2.1 滚筒碟刹液压系统

为防止吊车在正常使用过程中碟刹机构的非正常磨损，保证吊车的安全操作，通过与原设备厂家的共同探讨，将碟刹机构液压系统进行升级改造，如图3所示。

图3 碟刹液压回路

改造后的液压回路中增加了一个常开式二位二通电磁阀，P 口连接原来的刹车进油管线，T 口连接到阀组回油箱口。电磁阀线圈得电与失电的开关量由操作手柄来控制：当操作手柄动作使扒杆上升或下降，电磁阀得电，P 口与T 口切断，使压力油进入碟刹机构内部以压缩弹簧从而释放刹车；操作手柄回中位时，扒杆停止上升或下降动作，电磁阀失电，P 口和T 口处于接通状态，碟刹内部压力油迅速泄压回油箱，使滚筒处于刹车静止状态。

碟刹系统的双回路回油，避免了因液压油污染或液压阀磨损而带来的回油不畅，减少了碟刹机构的非正常磨损，消除了吊车扒杆下滑坠落的安全隐患，提高了吊车使用的安全系数。另外，此改造方案不影响吊车的任何功能，经平台现场的操作使用及维修保养反馈，升级后的碟刹系统工作稳定，消除了因碟刹机构的早期磨损而引起的溜车下滑的安全隐患。

2.2 滚筒锁止棘爪机构

该吊车的原锁止棘爪机构只有扒杆滚筒下降转动时才会在液压油的作用下打开，针对此现象，做了如下改进，图4为改进后的锁止机构液压回路。

图4 锁止棘爪液压回路

将原有棘爪液缸的进油口P 与马达左侧进油口A隔断，并用堵丝封闭马达A 进油口，另将棘爪液缸进油口P 经管线与马达阀组上的G 口连接，中间设置一个可调单向节流阀，节流阀安装方向如图4所示。当吊车扒杆操作手柄动作发出上升或下降信号，马达左侧或右侧进油，梭阀34D 打开，压力油从阀组G口经过节流阀进入液缸打开棘爪。当手柄回中位，滚筒马达停止转动，马达进回油两侧油路泄压回油箱，棘爪液缸在弹簧力的作用下泄压回油，通过调节节流阀开度实现控制棘爪复位速度，使棘爪在滚筒完全停止之后复位，完成棘爪锁止滚筒，避免滚筒与棘爪发生机械碰撞而损坏。

棘爪锁止液压回路改进之后，并经过现场长时间的操作观察，该系统工作运行平稳，未发现棘爪回位与滚筒棘轮发生碰撞变形和损坏，增加了扒杆起降和停止时的安全系数。

3 液压系统现场维护保养

3.1 液压油温度和清洁度控制

BMC 型吊车为变幅、回转开式回路液压吊车，液压元件精度较高，运动副的配合间隙非常小，液压系统中有许多变量机构和比例控制阀，因此对液压油的清洁度要求很高。油温过高油液黏度降低，同时润滑作用变差，加快液压元件的磨损，使其内泄增大，缩短液压元件的使用寿命，同时加速密封件的老化，油液容易变质。现场维护人员应根据环境温度和设备运转时间对油冷器及时进行清洗，定期对液压油采样分析，定期更换系统液压油和滤芯。对液压元器件进行更换或维修保养时，清洁工作要放在第一位，杜绝油液的二次污染。

3.2 回路中各压力控制阀设定值校验

根据设备保养手册，定期检查各压力控制阀的预设压力值，如吊车的回转、扒杆升降（变幅）、主钩和副钩的升降马达回路中的平衡阀（动态刹车）开启压力等。由于平衡阀对吊车液压系统的安全至关重要，而阀内部结构复杂精密，不建议对故障阀进行修复，发现磨损严重或有问题时，应及时更换高质量的新阀，避免因压力预设值的偏差或阀体本身的磨损、卡滞而引起吊车溜滑和重物坠落等安全事故的发生。

4 结束语

对钻井平台吊车液压系统在工作中存在的问题进行研究分析，改进滚筒碟刹与棘爪锁止机构液压回路，降低了吊车因碟刹系统非正常磨损引起的故障率。指出液压油的温度及清洁度对液控阀尤其是负载回路中平衡阀的重要影响，定期检查校验平衡阀及安全溢流阀预设压力，以消除吊车溜滑或重物坠落的安全隐患。